- •Электроника. Лекционный курс. Введение.
- •Классификация электронных приборов.
- •Этапы развития электроники.
- •Классификация веществ в зависимости от структурных особенностей твердых тел.
- •Межатомные связи. Их виды и характеристики.
- •Физические основы электронной техники. Элементы квантовой теории строения материи.
- •Классификация твердых тел по степени электропроводности. Картина энергетических зон в твердом теле.
- •Полупроводники и их свойства.
- •Основы статистики электронов и дырок в полупроводниках.
- •Законы движения носителей заряда в полупроводниках. Дрейфовый и диффузионные токи.
- •Явление дрейфа.
- •Явление диффузии.
- •Уравнение плотности полного тока в полупроводнике.
- •Электронно-дырочный переход (p-n переход).
- •Смещение p-n перехода в прямом направлении (прямое включение перехода).
- •Смещение p-n перехода в обратном направлении (обратное включение перехода).
- •Уравнение Шокли.
- •Вольт-амперная характеристика(вах)
- •Пробой p-n перехода
- •Вольт-амперная характеристика видов пробоя
- •Емкостные свойства p-n перехода
- •Полупроводниковые диоды
- •Рабочий режим диода.
- •Эквивалентные схемы диодов для различных режимов.
- •Температурные свойства диодов
- •Выпрямители. Схемы выпрямления.
- •Мостовая схема двухполупериодного выпрямителя
- •Импульсный режим работы диода
- •Стабилитроны
- •Параметрическом стабилизаторе.
- •Основные параметры стабилитронов
- •Варикапы
- •Основные параметры варикапов.
- •Туннельные диоды.
- •Схемы автогенераторов на туннельных диодах.
- •Обращенные диоды.
- •Контакт (переход) металл-полупроводник. Диоды Шоттки.
- •Металл-полупроводник n- типа.
- •Металл-полупроводник p-типа.
- •Металл-полупроводник n-типа.
- •Металл-полупроводник р-типа.
- •Транзисторы.
- •Биполярные транзисторы.
- •Явление вторичного пробоя и модуляция толщины базы (эффект Эрли).
- •Эквивалентная схема транзистора для режима постоянного тока
- •Схемы включения биполярных транзисторов.
- •Вольт-амперные характеристики (вах) биполярных транзисторов (статические характеристики). Схемы для снятия вах.
- •Математические модели биполярных транзисторов.
- •Модель транзистора для большого сигнала (модель Эберса-Молла).
- •Модели транзистора в режиме малого сигнала (динамический режим).
- •Температурные свойства транзисторов.
- •Частотные свойства транзисторов.
- •Работа транзистора с нагрузкой (динамический режим).
- •С оставной транзистор (схема Дарлингтона).
- •Эксплуатационные параметры транзистора.
- •Полевые транзисторы.
- •Полевой транзистор с управляющим p-n переходом.
- •С хемы включения транзисторов:
- •Полевые транзисторы с изолированным управляющим электродом (затвором).
- •Основные параметры полевых транзисторов.
- •Элементы памяти на основе моп-структур (Flesh-память).
- •Усилители электрических сигралов.
- •Классификация усилителей.
- •Основные технически показатели усилителей (параметры).
- •Входное и выходное сопротивления ( )
- •Выходная мощность.
- •Динамический диапазон амплитуд.
- •Характеристики усилителей.
- •Искажения в усилителях.
- •Схемотехника усилительных каскадов. Межкаскадные связи в усилителях.
- •Обобщенная структурная схема усилителя.
- •Графическая интерпретация процесса усиления сигнала транзисторной схемой с общим эмиттером.
- •Коллекторная стабилизация.
- •Эмиттерная стабилизация.
- •Полная эквивалентная схема унч с емкостной межкаскадной связью на основе биполярного транзистора, включенного по схеме с оэ.
- •Выходные каскады усилителей.
- •Построение проходной динамической характеристики.
- •Ключевой режим биполярного транзистора. Условия обеспечения статических состояний.
- •Динамика переключения ключей на биполярных транзисторах.
- •Цифровые ключи. Общие требования.
- •Структура цифрового ключа на комплементарной паре биполярных транзисторов.
- •Структура цифрового ключа на комплементарной паре полевых транзисторов (к-моп).
- •Усилители постоянного тока (упт). Дрейф нуля.
- •Параллельно-баласный каскад упт.
- •Дифференциальный усилитель (ду).
- •Операционные усилители (оу).
- •Структурная схема оу.
- •Основные параметры оу.
- •Виды и структура обратных связей в усилителе.
- •Генераторы электрических колебаний.
- •Релаксационные генераторы (генераторы импульсов).
- •Автогенераторы на оу с мостом Вина.
- •Автогенератор на оу с использованием моста Вина.
- •Генераторы релаксационных колебаний.
- •Блокинг-генераторы (бг).
- •Мультивибратор с коллекторно-базовыми связями. Автоколебательный режим.
- •Электроника. Список литературы по курсу «Электроника»
Полупроводники и их свойства.
Принципиальными отличиями проводимости полупроводников от проводимости проводников являются:
уменьшение сопротивления полупроводников при повышении температуры, что объясняется образованием дополнительных пар носителей электрических зарядов;
сильное влияние ничтожных количеств примеси в полупроводнике на его проводимость (20 мкг примеси на 1 кг расплава Si увеличивает проводимость более чем в раз);
способность полупроводников изменять свою электропроводность в широких пределах ( - раз) в результате внешних воздействий (освещение, электрические и магнитные поля, температура и т.д.).
К полупроводникам относят материалы, которые при комнатной температуре имеют удельное сопротивление от до Ом/ (объемное сопротивление). Количество полупроводников превышает количество металлов и диэлектриков.
Температурная зависимость сопротивлений проводника и полупроводника.
Основы статистики электронов и дырок в полупроводниках.
Для работы электронных приборов необходимы свободные электроны. Для определения вероятности события, что некоторый электрон занимает определенный энергетический уровень необходимо воспользоваться функцией распределения Ферми-Дирака:
Оно применимо к частицам, волновые функции которых подчиняются запрету Паули.
Где Fn(W) – вероятность того, что заданный энергетический уровень W при заданной температуре T будет занят электроном.
кT – средняя тепловая энергия электрона.
к – постоянная Больцмана (1,38* ).
– химический потенциал системы, имеющий размерность энергии и называется уровнем Ферми.
Частицы, подчиняющиеся этой статистике, называются фермионами.
Исследуем свойства функции Fn(W).
Можно показать, что уровень Ферми представляет собой некоторую функцию температуры (T), действительно:
Если W< , W- <0, или , т.е.
Тогда Fn(W) =
Если W> , то
Тогда Fn(W)= ;
Практически независимо от температуры, при W= функция Fn(W) будет:
Fn(W)=1/2
Таким образом, уровень Ферми можно определить как уровень, вероятность заполнения которого равна 0,5 при Т≠0, что может быть представлено графически следующим образом:
Значения при Т=0К представляет собой то максимально допустимое значение энергии, ниже которого все энергетические уровни заняты (т.к. Fn(W)=1), а выше которого все уровни пусты (т.к. Fn(W)=0).
Функция Fn(W) показывает, что вероятность занятия уровня энергии при повышении температуры растет, а при - понижении падает.
Вероятность события, что некоторый энергетический уровень Fn(W) занят не электроном, а дыркой равна:
При изучении явлений, связанных с дырками, часто полагают, что:
W<< и <<1, поэтому:
- распределение Максвелла-Больцмана.
Из анализа функций распределения следует, что уровень Ферми должен располагаться в середине запрещенной зоны.
На рисунке показана энергетическая диаграмма собственного (беспримесного) полупроводника (ni=pi), а также график зависимости распределения подвижных носителей зарядов по энергиям при различных температурах. При Т1=0К валентная зона заполнена полностью [F(W)=1], а зона проводимости пуста [F(W)=0]. Уровень Ферми в этом случае совпадает с максимальной энергией, которую может иметь электрон при Т=0К.
С повышением температуры Т2>Т1 начинается термогенерация электронно-дырочных пар и возникает вероятность появления свободных электронов ni в зоне проводимости и дырок pi в валентной зоне.
Концентрация электронов и дырок пропорциональна заштрихованным площадкам.
Отсюда следует, что в собственном полупроводнике уровень Ферми располагается в середине запрещенной зоны и его энергия определяется: